Procédé pour la protection d'un aéronef contre les rafales de vent vertical et dispositif de pilotage en profondeur mettant en oeuvre ce procédé

Abstract

 

• La présente invention concerne un procédé pour la protection d'un aéronef en vol de croisière contre des facteurs de charge excessifs lors de l'apparition de rafales de vent vertical, ainsi qu'un dispositif de pilotage pour ledit aéronef.
• Selon l'invention, en vol de croisière avec pilote automatique (26) en service, on retarde la déconnection dudit pilote automatique (26) et la mise en service du système de commande de vol piloté (21) d'un temps de retard au moins approximativement égal à la durée usuelle des rafales de vent vertical les plus fréquentes.

Description

[0001] La présente invention concerne un procédé pour la protection d'un aéronef en vol de croisière contre des facteurs de charge excessifs lors de l'apparition de rafales de vent vertical, ainsi qu'un dispositif pour le pilotage en profondeur d'un aéronef mettant en oeuvre ce procédé.

[0002] Les rafales de vent vertical concernées par la présente invention sont des turbulences tourbillonnaires (et non pas des turbulences à hautes fréquences sources de vibrations), engendrées par des rouleaux tourbillonnaires de type vortex, qui soumettent l'aéronef qui les traverse ou passe à leur périphérie, à une rafale de vent ascendant (ou descendant), puis à une rafale de vent descendant (ou ascendant) durant quelques secondes, ou bien à une succession de rafales de vent ascendant et descendant, dans le cas d'une pluralité de vortex.

[0003] On sait que les aéronefs commerciaux comportent un système de commande de vol en profondeur sous contrôle du pilote, un pilote automatique, des moyens de commutation permettant le pilotage des surfaces aérodynamiques de profondeur (gouvernes, trim) dudit aéronef, soit par ledit système de commande de vol piloté, soit par ledit pilote automatique et des moyens de protection, notamment en incidence, susceptibles d'agir sur lesdits moyens de commutation pour déconnecter ledit pilote automatique et mettre en service ledit système de commande de vol piloté, lorsque l'incidence atteint, en croissant, une valeur trop importante.

[0004] Si l'aéronef, en vol de croisière avec le pilote automatique en service, rencontre une telle rafale de vent ascendant, il est soumis, dans un premier temps, à un facteur de charge positif important. Le pilote automatique réagit aux variations d'assiette longitudinale, mais son autorité est limitée, de sorte que sa réaction est faible et qu'il est déconnecté par l'action desdits moyens de protection et desdits moyens de commutation, dès que l'incidence atteint un seuil de protection. Le pilotage s'effectue alors par l'intermédiaire du système de commande de vol piloté qui engendre un ordre important à piquer pour réduire l'incidence et contrer l'effet du vent ascendant. Cependant, dans un deuxième temps, la rafale change de sens et le vent devient descendant, de sorte que maintenant l'action à piquer du pilote s'ajoute à la rafale de vent descendant pour appliquer à l'aéronef un facteur de charge négatif, encore plus élevé que celui qui résulterait de la rafale elle-même. Il peut donc en résulter des blessures pour les passagers et des détériorations pour l'aéronef.

[0005] Un processus semblable se déroule si l'aéronef était en pilotage manuel au moment de l'apparition de ladite rafale.

[0006] Bien entendu, ce qui a été décrit ci-dessus s'applique mutatis mutandis au cas de la rencontre d'une rafale de vent descendant, puis ascendant.

[0007] Ainsi, de ce qui précède, on comprendra aisément que, de façon générale, toute action de pilotage pour contrer une rafale de vent produit ses effets au moment de l'inversion de sens de ladite rafale, de sorte que cette action de pilotage accroît défavorablement le facteur de charge, déjà élevé, auquel ladite rafale soumet l'aéronef.

[0008] La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient et d'améliorer le comportement et le pilotage de l'aéronef en présence de rafales de vent vertical.

[0009] A cette fin, selon l'invention, le procédé pour la protection d'un aéronef en vol de croisière contre des facteurs de charge excessifs lors de l'apparition de rafales de vent vertical, ledit aéronef comportant les systèmes de pilotage en profondeur décrits ci-dessus, est remarquable en ce qu'on retarde la déconnexion dudit pilote automatique et la mise en service dudit système de commande de vol piloté d'un temps de retard au moins approximativement égal à la durée usuelle des rafales de vent vertical les plus fréquentes et on ne procède à cette déconnexion et à cette mise en service que si la rafale persiste à l'expiration dudit temps de retard.

[0010] La présente invention est basée sur le fait que, puisqu'on ne peut jamais savoir quand une rafale de vent vertical va s'inverser, le mieux à faire, si on veut limiter les facteurs de charge appliqués à l'aéronef, est d'éviter de contrer la rafale et de maintenir le pilote automatique en service, car c'est lui qui a les réactions les plus faibles et qui présente donc le comportement le plus approprié en présence de rafales.

[0011] L'expérience a montré que les rafales de vent les plus fréquentes avaient une durée usuelle de l'ordre de 3 secondes, de sorte que c'est cette valeur qui est avantageusement donnée audit temps de retard.

[0012] Ainsi, grâce à la présente invention, d'une part les facteurs de charge appliqués à l'aéronef sont réduits et, d'autre part, la commutation entre le pilote automatique et le système de commande de vol piloté n'a lieu que pour des rafales de vent vertical dont la durée est supérieure à 3 secondes, ce qui diminue considérablement le nombre de telles commutations.

[0013] De ce qui précède, on comprend que, selon l'invention, un dispositif pour le pilotage en profondeur d'un aéronef, comportant un système de manche à la disposition du pilote, un système de commande de vol en profondeur recevant les ordres de pilotage en profondeur venant dudit système de manche et engendrant des ordres de commande en profondeur pour les surfaces aérodynamiques de commande en profondeur, un pilote automatique, des moyens de commutation adressant auxdites surfaces aérodynamiques soit les ordres de commande en profondeur élaborées par ledit système de commande de vol, soit des ordres de commande en profondeur élaborés par ledit pilote automatique et des moyens de protection susceptibles d'agir sur lesdits moyens de commutation pour déconnecter ledit pilote automatique et mettre en service ledit système de commande de vol piloté, est remarquable en ce qu'il comporte des moyens retardant, en vol de croisière avec pilote automatique en service, la commutation entre ledit pilote automatique et ledit système de commande de vol piloté d'un temps de retard au moins approximativement égal à la durée usuelle des rafales de vent vertical les plus fréquentes et ne procédant à cette commutation que si la rafale persiste à l'expiration dudit temps de retard.

[0014] On remarquera que, malgré lesdits moyens à retard (par exemple du type filtre), des commutations pilote automatique - pilotage manuel auront lieu, soit parce que la durée d'une rafale est supérieure audit temps de retard, soit parce que le pilote agit instinctivement sur le système de manche pour contrer une rafale. Cependant, puisque selon l'invention lesdites commutations sont plus tardives, il peut arriver pour des rafales violentes que, le pilote automatique restant en service, l'aéronef subisse des variations d'altitude importantes, incitant le pilote à agir sur le manche (et donc à déconnecter le pilote automatique) pour rattraper l'altitude antérieure à la rafale.

[0015] Aussi, selon un autre aspect de la présente invention, on se propose de détecter la présence d'une rafale de vent vertical et de perfectionner le dispositif de pilotage ci-dessus, d'une part, pour éviter au pilote la tentation d'agir sur le manche et, d'autre part, pour améliorer le pilotage de l'aéronef, si la commutation pilote automatique - pilotage manuel a eu lieu.

[0016] Aussi, le dispositif de pilotage selon l'invention est remarquable en ce que, de plus, il comporte un dispositif pour la détection de rafales de vent vertical comprenant :

• des moyens de soustraction recevant la dérivée première par rapport au temps de l'incidence actuelle et la dérivée première par rapport au temps de l'attitude actuelle de l'aéronef et délivrant à leur sortie la valeur absolue de la différence entre lesdites dérivées ;
• des premiers moyens de comparaison pour comparer ladite valeur absolue à un seuil supérieur et pour délivrer un signal si ladite valeur absolue est supérieure audit seuil supérieur ;
• des deuxièmes moyens de comparaison pour comparer le nombre de Mach actuel de l'aéronef à un seuil de nombre de Mach et pour délivrer un signal si ledit nombre de Mach actuel est supérieur audit seuil de nombre de Mach ; et
• des premiers moyens logiques de type ET recevant, respectivement, à leurs entrées :

  . ledit signal résultant de la comparaison de ladite valeur absolue audit seuil supérieur ;

  . ledit signal résultant de la comparaison dudit nombre de Mach actuel audit seuil de nombre de Mach ; et

  . un signal représentatif du fait que les volets et les becs aérodynamiques dudit aéronef sont en configuration lisse,

  lesdits premiers moyens logiques délivrant à leur sortie un signal représentatif de la présence de rafales de vent vertical.

[0017] Avantageusement, ledit dispositif de détection de rafale reçoit des mesures de l'incidence et de l'attitude, disponibles à bord de l'aéronef, et il comporte des moyens de dérivation pour calculer lesdites dérivées premières.

[0018] De préférence, ledit dispositif de détection comporte :

• des troisièmes moyens de comparaison pour comparer ladite valeur absolue à un seuil inférieur audit seuil supérieur et pour délivrer un signal si ladite valeur absolue est inférieure audit seuil inférieur ; et
• des seconds moyens logiques interposés entre lesdits premiers moyens de comparaison et lesdits premiers moyens logiques, lesdits seconds moyens logiques recevant à leurs entrées lesdits signaux résultant des comparaisons de ladite valeur absolue avec lesdits seuils et délivrant auxdits premiers moyens logiques :

  . soit aucun signal, si ledit signal résultant de la comparaison de ladite valeur absolue audit seuil inférieur existe ;

  . soit ledit signal résultant de la comparaison de ladite valeur absolue audit seuil supérieur, tant que ladite valeur absolue est supérieure audit seuil inférieur.

[0019] Grâce à un tel dispositif de détection, il est possible de perfectionner le dispositif de pilotage de la façon mentionnée ci-dessus.

[0020] Ainsi, selon un mode de réalisation du dispositif de pilotage conforme à la présente invention, celui-ci comporte de plus :

• un pilote automatique auxiliaire engendrant des ordres de pilotage en profondeur renforcés, au moins en ce qui concerne les ordres à monter ;
• un premier commutateur commandé disposé entre lesdits pilotes automatiques, d'une part, et lesdits moyens de commutation, d'autre part, et pouvant adresser à ceux-ci, soit les ordres de commande en profondeur provenant dudit pilote automatique, soit les ordres de commande en profondeur provenant dudit pilote automatique auxiliaire,

et ledit dispositif de détection de rafales de vent vertical contrôle ledit premier commutateur commandé pour que lesdits ordres de pilotage en profondeur renforcés soient adressés auxdites surfaces aérodynamiques, à la fin desdites rafales, si ledit pilote automatique n'a pas été déconnecté avec retard par lesdits moyens de commutation.

[0021] Ainsi, quand le pilote automatique principal est resté engagé pendant la rafale de vent vertical, pour récupérer plus rapidement les variations d'altitude conséquentes à ladite rafale (et ainsi éviter que le pilote ne soit tenté de repasser en pilotage manuel après la turbulence dans le souci de maintenir l'altitude), le pilote automatique auxiliaire est mis en service, à la place dudit pilote automatique principal, par l'action dudit premier commutateur commandé. Pendant quelques secondes (par exemple 20 secondes), le pilote automatique auxiliaire à autorité augmentée (par exemple double de celle du pilote automatique principal) agit pour que l'aéronef rejoigne rapidement (deux fois plus vite dans l'exemple précédent) l'altitude antérieure à la rafale.

[0022] Selon encore un autre aspect de la présente invention, le dispositif de pilotage comporte de plus :

• un système de commande de vol auxiliaire piloté recevant lesdits ordres de pilotage en profondeur venant dudit système de manche et engendrant des ordres de pilotage en profondeur limités au moins en ce qui concerne les ordres à piquer ;
• un second commutateur commandé disposé entre lesdits systèmes de commande de vol piloté, d'une part, et lesdits moyens de commutation, d'autre part, et pouvant adresser à ceux-ci soit les ordres de commande en profondeur provenant dudit système de commande de vol, soit les ordres de commande en profondeur limités provenant dudit système de commande de vol auxiliaire, et

ledit dispositif de détection de rafales de vent vertical contrôle ledit second commutateur commandé pour que lesdits ordres de pilotage en profondeur limités soient adressés auxdites surfaces aérodynamiques pendant de telles rafales de vent vertical, après déconnexion dudit pilote automatique.

[0023] Ainsi, si le pilote automatique a été déconnecté soit par action desdits moyens de protection, soit par action du pilote sur le manche, les ordres volontaires de pilotage en profondeur venant du pilote sont limités, ce qui évite l'accroissement des facteurs de charge résultant de la rafale.

[0024] Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables.

[0025] La figure 1 est un diagramme des vitesses d'un avion en vol.

[0026] La figure 2 est le schéma synoptique d'un mode de réalisation du dispositif pour la détection de rafales de vent vertical, conforme à la présente invention.

[0027] La figure 3 est le schéma synoptique d'un exemple de réalisation du dispositif pour le pilotage en profondeur d'un avion, conforme à la présente invention.

[0028] Sur la figure 1, on a représenté le diagramme des vitesses appliquées au centre de gravité 1 d'un avion 2, en vol de montée, rencontrant une rafale de vent vertical ascendant. Sur cette figure 1, l'axe longitudinal 3 de l'avion 2 est incliné de l'assiette θ par rapport à la ligne d'horizon 4 et présente l'incidence a par rapport à la vitesse aérodynamique

air qui, elle-même, est inclinée de la pente aérodynamique γ par rapport à ladite ligne d'horizon 4. La vitesse

z du vent vertical ascendant se combine avec ladite vitesse

air pour composer la vitesse

sol dudit avion 2 par rapport au sol, cette vitesse

sol étant inclinée de la pente γsol par rapport à la ligne d'horizon 4.

[0029] On peut aisément constater que : γsol = γ + (Wz)/Vair, en appelant Wz et Vair, respectivement les longueurs des vecteurs

z et

air.

[0030] Par ailleurs, γ = θ-α de sorte que

[0031] Etant donné, comme expliqué ci-dessus, que l'on cherche, selon l'invention, à améliorer le comportement de l'avion en vol de croisière, on peut s'affranchir de la mesure de ysol et considérer que celle-ci est nulle. Par suite,

[0032] Si l'on considère des variations de vent instantanées δ/δt(Wz/Vair), on voit qu'avec l'hypothèse faite ci-dessus, ces variations sont égales à α̇-θ̇, qui représente la différence entre les dérivées premières par rapport au temps de l'incidence actuelle α et de l'attitude actuelle θ de l'avion 2.

[0033] Conformément à la présente invention, on détermine donc des variations de vent instantanées par mesure de ladite différence α̇-θ̇. Pour pouvoir détecter aussi bien les variations positives (ascendantes) que les variations négatives (descendantes) de vent instantanées, on mesure en réalité la valeur absolue |α̇-θ̇| de ladite différence et on la compare à un seuil de détection de rafale Ss. Un tel seuil Ss est exprimé en degré d'angle par seconde et peut être par exemple égal au moins approximativement à 1°/s.

[0034] Ainsi, si |α̇-θ̇| est supérieur à Ss, on considère que l'avion 2 est soumis à une rafale de vent vertical.

[0035] Sur la figure 2, on a représenté le schéma synoptique d'un détecteur 5 de rafales de vent vertical conforme à la présente invention. Ce détecteur 5 est monté à bord de l'avion 2 et il comporte quatre entrées 5.1 à 5.4 et deux sorties 5.5 et 5.6.

[0036] Sur les entrées 5.1 et 5.2 sont respectivement appliquées l'attitude actuelle θ et l'incidence actuelle α de l'aéronef 2. Grâce à des différentiateurs 6 et 7, on obtient respectivement les dérivées premières par rapport au temps θ̇ et α̇ de l'attitude actuelle θ et de l'incidence actuelle α. Un soustracteur 8, auxquelles lesdites dérivées sont appliquées, permet d'en faire la différence et délivre à sa sortie la valeur absolue de celle-ci, soit |α̇-θ̇|. Afin d'éliminer les bruits de mesure et d'éviter de fausses détections de rafales de vent vertical, cette valeur absolue est transmise à un filtre 9.

[0037] A la sortie du filtre 9, la valeur absolue |α̇-θ̇| filtrée est adressée à deux comparateurs 10 et 11. Dans le comparateur 10, ladite valeur absolue filtrée est comparée au seuil supérieur Ss, par exemple égal à 1°/s, tandis que, dans le comparateur 11, elle est comparée à un seuil inférieur Si, par exemple égal à 0,5°/s.

[0038] Si, et uniquement si, ladite valeur absolue filtrée est :

• supérieure au seuil supérieur Ss, le comparateur 10 émet à sa sortie un signal d de détection de rafales de vent vertical ;
• inférieure au seuil inférieur Si, le comparateur 11 émet à sa sortie un signal a d'absence de rafales de vent vertical.

[0039] Des moyens de comptage 12 et 13 mesurent la durée des signaux d et a et les adressent à une bascule 14, de type SR* , s'ils durent suffisamment longtemps. Par exemple, le signal d est transmis à l'entrée S de la bascule 14, si sa durée est au moins égale à 200 ms, tandis que le signal a est transmis à l'entrée R* de la bascule 14, si sa durée est au moins égale à ls. La sortie Q de la bascule 14 est reliée à l'une des entrées 15.1 d'une porte 15, du type ET à trois entrées, dont la sortie 15.4 forme la sortie 5.5 du détecteur 5. L'autre sortie 5.6 dudit détecteur est reliée à l'entrée R* de ladite bascule 14.

[0040] Sur l'entrée 5.3 du détecteur 5 est appliqué un signal cl, représentatif du fait que l'avion 2 est en configuration lisse, c'est-à-dire qu'aucun de ses volets ou becs n'est sorti. L'entrée 5.3 est reliée à l'entrée 15.2 de la porte 15.

[0041] Par ailleurs, l'entrée 5.4 du détecteur 5 reçoit le nombre de Mach actuel M de l'avion 2. Ce nombre de Mach actuel M est comparé, dans un comparateur 16, à un seuil de nombre de Mach Mo, par exemple égal à 0,53. La sortie du comparateur 16 est reliée à l'entrée 15.3 de la porte ET et n'adresse un signal m à celle-ci que si le nombre de Mach actuel M est supérieur au seuil Mo.

[0042] Le fonctionnement de l'exemple de réalisation du détecteur 5, conforme à l'invention et montré par la figure 2, est le suivant :

A - Vol de croisière sans rafales de vent vertical

[0043] L'avion 2 étant en vol de croisière, sa configuration est lisse et son nombre de Mach est supérieur à Mo. Par suite, les entrées 15.2 et 15.3 de la porte ET sont alimentées.

[0044] Par ailleurs, puisqu'il n'existe pas de rafales de vent vertical, la valeur absolue |α̇-θ̇|, filtrée par le filtre 9, est inférieure au seuil Si, de sorte que le signal d n'existe pas et que le signal a, confirmé en durée par les moyens de comptage 13, est appliqué à l'entrée R* de la bascule 14 et à la sortie 5.6 du détecteur 5. Aucun signal n'apparaît donc à la sortie Q de la bascule 14.

[0045] Ainsi, dans ce cas, l'entrée 15.1 de la porte ET 15 n'est pas alimentée et aucun signal n'apparaît à la sortie 5.5 du détecteur 5.

B - Vol de croisière avec apparition d'une rafale de vent vertical

[0046] Si maintenant, une rafale de vent vertical apparaît, la valeur absolue filtrée |α̇-θ̇| devient supérieure au seuil Ss, de sorte que le signal d, confirmé en durée par les moyens de comptage 12, est appliquée à l'entrée S de la bascule 14 et que le signal a disparaît. La sortie Q émet donc un signal de sortie qui est transmis à l'entrée 15.1 de la porte 15. Les deux autres entrées 15.2 et 15.3 étant alimentées comme décrit ci-dessus, la porte ET est passante et un signal de présence de rafale de vent vertical apparaît sur la sortie 5.5 du détecteur 5.

C - Vol de croisière avec disparition d'une rafale de vent vertical

[0047] Si la rafale de vent vertical disparaît :

• dans un premier temps, la valeur absolue filtrée |α̇-θ̇| devient inférieure au seuil Ss, mais reste supérieure au seuil Si, de sorte que les signaux d et a sont tous les deux nuls. Il en résulte que la sortie Q reste inchangée et continue à émettre son signal de sortie et que, en conséquence, le signal de présence de rafale de vent vertical continue à être présent sur la sortie 5.5 du détecteur 5 ;
• dans un deuxième temps, la valeur absolue filtrée |α̇-θ̇| devient inférieure au seuil Si, de sorte que le signal a apparaît et est appliqué à l'entrée R*. La porte 15 n'émet donc aucun signal à sa sortie Q et l'avion 2 reprend l'état qu'il avait antérieurement à l'apparition de la rafale de vent vertical.

[0048] Sur la figure 3, on a représenté un dispositif selon l'invention pour le pilotage en profondeur de l'aéronef 2. Ce dispositif de pilotage comporte :

• un système de manche 20, à la disposition du pilote, pour engendrer des ordres de pilotage en profondeur, notamment des ordres à piquer ;
• un système de commande de vol principal 21 recevant, à son entrée 21.1, lesdits ordres de pilotage en profondeur venant dudit système 20 et engendrant, à sa sortie 21.2, des ordres de commande en profondeur pour des surfaces aérodynamiques 22 (non représentées en détail) de commande en profondeur ;
• un système de commande de vol auxiliaire 23 recevant, à son entrée 23.1 (tout comme le système de commande de vol principal 21), lesdits ordres de pilotage en profondeur venant dudit système de manche 20 et engendrant, à sa sortie 23.2, des ordres de pilotage en profondeur limités au moins en ce qui concerne les ordres à piquer ;
• un commutateur commandé 24, disposé entre les systèmes de commande de vol 21 et 23, d'une part, et lesdites surfaces aérodynamiques 22, d'autre part, ledit commutateur 24 pouvant relier, à celles-ci par l'intermédiaire de moyens de commutation 25, soit la sortie 21.2, soit la sortie 23.2 ;
• un pilote automatique principal 26, susceptible d'émettre sur sa sortie 26.1 des ordres de commande en profondeur pour les surfaces aérodynamiques 22 et sur sa sortie 26.2 un signal représentatif de son état d'activité ;
• un pilote automatique auxiliaire 27, susceptible d'émettre sur sa sortie 27.1 des ordres de commande en profondeur à autorité supérieure (par exemple double) à celle dudit pilote automatique principal 26, et sur sa sortie 27.2, reliée à ladite sortie 26.2 de ce dernier, un signal représentatif de son état d'activité ;
• un commutateur commandé 28, disposé entre les pilotes automatiques 26 et 27, d'une part, et les surfaces aérodynamiques 22, d'autre part, ledit commutateur 28 pouvant relier à celles-ci, par l'intermédiaire desdits moyens de commutation 25, soit la sortie 26.1, soit la sortie 27.1 ;
• le dispositif de détection 5, contrôlant ledit commutateur 24 par sa sortie 5.5 à travers un compteur 29 et contrôlant ledit commutateur 28 par sa sortie 5.6 à travers un compteur 30 ;
• un dispositif de protection en incidence 31, recevant l'incidence actuelle α et la comparant à un seuil de protection αo, pour engendrer un signal de protection lorsque ledit seuil est dépassé ;
• un dispositif à retard 32, par exemple du type filtre, disposé à la sortie du dispositif de protection 31 pour retarder ledit signal de protection ;
• un détecteur 33 d'actionnement du système de manche 20, relié à ce dernier et émettant un signal lorsque le pilote actionne ledit système de manche 20 ;
• un circuit logique 34, du type porte OU, recevant les deux signaux provenant du dispositif à retard 32 et du détecteur 33 ;
• un circuit logique 35, du type porte ET, recevant le signal de sortie du circuit logique 34 et le signal d'activité apparaissant sur les sorties communes 26.2 et 27.2 du pilote automatique principal 26 et du pilote automatique auxiliaire 27 ; et
• un circuit logique 36, du type porte ET, recevant le signal apparaissant à la sortie 5.5 du détecteur 5 et le signal apparaissant à la sortie du circuit logique 35.

[0049] Par ailleurs, la sortie du circuit logique 35 commande les moyens de commutation 25, tandis que la sortie du circuit logique 36 commande le commutateur commandé 24, à travers le compteur 29.

[0050] En vol de croisière, lorsque le pilote automatique 26 est en service, les moyens de commutation 25 et les commutateurs 24 et 28 sont dans les positions illustrées sur la figure 3.

[0051] Lorsqu'une rafale de vent vertical survient, elle est détectée par le détecteur 5 et par le dispositif 31 de protection en incidence. Plusieurs processus peuvent alors se produire :

A/ Si la durée de ladite rafale est inférieure au retard imposé par le dispositif 32 et si le pilote n'actionne pas le système de manche 20, ladite rafale a disparu lorsque le dispositif 32 devient passant, de sorte qu'aucun signal n'est adressé à la porte OU 34. La porte ET 35 ne reçoit que le signal de la sortie 26, de sorte que les moyens de commutation 25 et le commutateur 24 ne commutent pas et gardent leurs positions précédentes. Les surfaces aérodynamiques 22 restent alors commandées par le pilote automatique principal 26, à travers le commutateur 28 et les moyens de commutation 25. A la disparition de la rafale, le signal émis sur la sortie 5.6 du détecteur 5 fait basculer le commutateur 28, de sorte qu'à partir de ce moment, lesdites surfaces aérodynamiques 22 sont commandées par le pilote automatique auxiliaire 27 à autorité renforcée. A la fin d'un temps fixé par le compteur 30 (par exemple 20 secondes), le commutateur 28 rebascule et le pilotage est de nouveau assuré par le pilote automatique principal 26.

B/ Si la durée de la rafale est supérieure au retard imposé par le dispositif 32 ou si le pilote actionne le système de manche 20, les deux entrées de la porte ET 35 sont alimentées, de même que les deux entrées de la porte ET 36. Par suite, le commutateur 24 et les moyens de commutation 25 basculent de sorte que, maintenant, c'est le système auxiliaire 23 à autorité limitée qui, sous la commande du système de manche 20, actionne les surfaces aérodynamiques à piquer 22.

[0052] Si la rafale de vent vertical disparaît, le dispositif de détection 5 fait rebasculer le commutateur 24, de sorte que les surfaces aérodynamiques 22 sont alors actionnées par le système principal 21.

[0053] Grâce au compteur 29, le processus ci-dessus peut être par exemple le suivant : lorsqu'une rafale est détectée depuis moins de six secondes, le système auxiliaire 23 est rendu actif pendant au moins 10 secondes. Si la rafale disparaît, le système principal 21 est rendu de nouveau actif, si la rafale a disparu depuis plus de 4 secondes et si le manche 20 n'est pas activé à piquer depuis plus d'une seconde, afin d'éviter toute discontinuité dans l'autorité au manche susceptible de favoriser le pompage piloté (aircraft pilot coupling).

[0054] Bien entendu, le processus ci-dessus n'est qu'un exemple parmi d'autres. De façon générale, la limitation des ordres de pilotage en profondeur engendrés par le système de commande de vol auxiliaire 23 doit être un compromis entre :

• réduire au maximum l'autorité à piquer pour réduire au maximum le risque de facteurs de charge excessifs ; et
• laisser au pilote une autorité à piquer suffisante pour lui permettre d'éviter un autre avion en atmosphère turbulente.

[0055] Bien que le système de vol auxiliaire 23 et le pilote automatique auxiliaire 27 aient été représentés ci-dessus comme étant indépendants respectivement du système de vol principal 21 et du pilote automatique principal 26, il va de soi qu'ils pourraient en faire respectivement partie.

Revendications

1. Procédé pour la protection d'un aéronef en vol de croisière contre des facteurs de charge excessifs lors de l'apparition de rafales de vent vertical, ledit aéronef comportant un système de commande de vol en profondeur (21) sous contrôle du pilote, un pilote automatique (26), des moyens de commutation (25) permettant le pilotage des surfaces aérodynamiques de profondeur (22) dudit aéronef soit par ledit système de commande de vol piloté (21), soit par ledit pilote automatique (26) et des moyens de protection (31) susceptibles d'agir sur lesdits moyens de commutation (25) pour déconnecter ledit pilote automatique (26) et mettre en service ledit système de commande de vol piloté (21),
caractérisé en ce qu'on retarde la déconnexion dudit pilote automatique (26) et la mise en service dudit système de commande de vol piloté (21) d'un temps de retard au moins approximativement égal à la durée usuelle des rafales de vent vertical les plus fréquentes et on ne procède à cette déconnexion et à cette mise en service que si la rafale persiste à l'expiration dudit temps de retard.

2. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que ledit temps de retard est de l'ordre de 3 secondes.

3. Dispositif pour le pilotage en profondeur d'un aéronef, comportant un système de manche (20) à la disposition du pilote, un système de commande de vol en profondeur (21) recevant les ordres de pilotage en profondeur venant dudit système de manche (20) et engendrant des ordres de commande en profondeur pour les surfaces aérodynamiques (22) de commande en profondeur, un pilote automatique (26), des moyens de commutation (25) adressant auxdites surfaces aérodynamiques (22) soit les ordres de commande en profondeur élaborées par ledit système de commande de vol (21), soit des ordres de commande en profondeur élaborés par ledit pilote automatique (26) et des moyens de protection (31) susceptibles d'agir sur lesdits moyens de commutation (25) pour déconnecter ledit pilote automatique (26) et mettre en service ledit système de commande de vol piloté (21),
caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (32) retardant, en vol de croisière avec pilote automatique en service, la commutation entre ledit pilote automatique (26) et ledit système de commande de vol piloté d'un temps de retard au moins approximativement égal à la durée usuelle des rafales de vent vertical les plus fréquentes et ne procédant à cette commutation que si la rafale persiste à l'expiration dudit temps de retard.

4. Dispositif de pilotage selon la revendication 3,
caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (5) pour la détection de rafales de vent vertical comprenant :

- des moyens de soustraction (8) recevant la dérivée première (α̇) par rapport au temps de l'incidence actuelle (α) et la dérivée première (θ̇) par rapport au temps de l'attitude actuelle (θ) de l'aéronef et délivrant à leur sortie la valeur absolue (|α̇-θ̇|) de la différence entre lesdites dérivées ;

- des premiers moyens de comparaison (10) pour comparer ladite valeur absolue à un seuil supérieur (Ss) et pour délivrer un signal (d) si ladite valeur absolue est supérieure audit seuil supérieur (Ss) ;

- des deuxièmes moyens de comparaison (16) pour comparer le nombre de Mach actuel de l'aéronef (M) à un seuil de nombre de Mach (Mo) et pour délivrer un signal (m) si ledit nombre de Mach actuel est supérieur audit seuil de nombre de Mach ; et

- des premiers moyens logiques (15) de type ET recevant, respectivement, à leurs entrées :

. ledit signal (d) résultant de la comparaison de ladite valeur absolue audit seuil supérieur ;

. ledit signal (m) résultant de la comparaison dudit nombre de Mach actuel audit seuil de nombre de Mach (Mo) ; et

. un signal (c1) représentatif du fait que les volets et les becs aérodynamiques dudit aéronef sont en configuration lisse,

lesdits premiers moyens logiques (15) délivrant à leur sortie (15.4) un signal représentatif de la présence de rafales de vent vertical.

5. Dispositif de pilotage selon la revendication 4,
caractérisé en ce que ledit dispositif de détection (5) comporte des moyens de dérivation (6, 7) recevant des signaux représentatifs de l'attitude actuelle (θ) et de l'incidence actuelle (α) et délivrant à leur sortie lesdites dérivées premières (α̇ et θ̇).

6. Dispositif de pilotage selon l'une des revendications 4 ou 5,
caractérisé en ce que ledit dispositif de détection (5) comporte :

- des troisièmes moyens de comparaison (11) pour comparer ladite valeur absolue à un seuil (Si) inférieur audit seuil supérieur (Ss) et pour délivrer un signal si ladite valeur absolue est inférieure audit seuil inférieur (Si) ; et

- des seconds moyens logiques (14) interposés entre lesdits premiers moyens de comparaison (10) et lesdits premiers moyens logiques (15), lesdits seconds moyens logiques (14) recevant à leurs entrées lesdits signaux (d) et (a) résultant des comparaisons de ladite valeur absolue avec lesdits seuils et délivrant auxdits premiers moyens logiques (15) :

. soit aucun signal, si ledit signal (a) résultant de la comparaison de ladite valeur absolue audit seuil inférieur existe ;

. soit ledit signal (d) résultant de la comparaison de ladite valeur absolue audit seuil supérieur, tant que ladite valeur absolue (|α̇-θ̇|) est supérieure audit seuil inférieur (Si).

7. Dispositif de pilotage selon l'une des revendications 4 à 6,
caractérisé en ce qu'il comporte de plus :

- un pilote automatique auxiliaire (27) engendrant des ordres de pilotage en profondeur renforcés, au moins en ce qui concerne les ordres à monter ;

- un premier commutateur commandé (28) disposé entre lesdits pilotes automatiques (26 et 27), d'une part, et lesdits moyens de commutation (25), d'autre part, et pouvant adresser à ceux-ci, soit les ordres de commande en profondeur provenant dudit pilote automatique (26), soit les ordres de commande en profondeur provenant dudit pilote automatique auxiliaire (27),

et en ce que ledit dispositif (5) de détection de rafales de vent vertical contrôle ledit premier commutateur commandé (28) pour que lesdits ordres de pilotage en profondeur renforcés soient adressés auxdites surfaces aérodynamiques, à la fin desdites rafales, si ledit pilote automatique n'a pas été déconnecté avec retard par lesdits moyens de commutation (25).

8. Dispositif de pilotage selon l'une des revendications 4 à 7,
caractérisé en ce qu'il comporte de plus :

- un système de commande de vol auxiliaire piloté (23) recevant lesdits ordres de pilotage en profondeur venant dudit système de manche (20) et engendrant des ordres de pilotage en profondeur limités au moins en ce qui concerne les ordres à piquer ;

- un second commutateur commandé (24) disposé entre lesdits systèmes de commande de vol pilotés (21, 23), d'une part, et lesdits moyens de commutation (25), d'autre part, et pouvant adresser à ceux-ci soit les ordres de commande en profondeur provenant dudit système de commande de vol (21), soit les ordres de commande en profondeur limités provenant dudit système de commande de vol auxiliaire (23), et

en ce que ledit dispositif (5) de détection de rafales de vent vertical contrôle ledit second commutateur commandé (24) pour que lesdits ordres de pilotage en profondeur limités soient adressés auxdites surfaces aérodynamiques (22) pendant de telles rafales de vent vertical, après déconnexion dudit pilote automatique (26).

Dessins